تغيير انرژي خازن با دي الکتريک در فيزيک يازدهم

یازدهم فیزیک 2 (رشته ریاضی)

اگر يک خازن 20ميکرو فارادي را شارژ کنيم و سپس از مدار جداکرده و بين صفحات آن که خلا بوده با يک دي الکتريک با ضريب 5 پر کنيم انرژي ذخيره شده چند درصد و چگونه تغيير مي کند؟اين تغيير انرژي با توجه به جدا شدن خازن از مدار چگونه توجيه مي شود؟

کيانا

جواب این سوال رو می‌دونی؟

با هم‌درس رقابت کن و جایزه ببر!

پاسخ‌ها

هم‌‌درس

پاسخ هوش مصنوعی

تغییر انرژی خازن با دی‌الکتریک

وقتی خازن از باتری جدا شده است، بار روی صفحات آن ثابت می‌ماند. انرژی اولیه خازن با رابطه $E = \frac{1}{2} \frac{Q^2}{C}$ داده می‌شود.

با وارد کردن دی‌الکتریک، ظرفیت خازن به $C' = KC$ افزایش می‌یابد که $K$ ضریب دی‌الکتریک است. انرژی جدید خازن به $E' = \frac{1}{2} \frac{Q^2}{C'} = \frac{E}{K}$ کاهش می‌یابد.

Q^{2} / 2 C^{'} = \frac{1}{K} \times Q^{2} / 2 C

در اینجا $K = 5$ است، پس انرژی جدید $\frac{1}{5}$ انرژی اولیه است. یعنی انرژی ذخیره شده 80 درصد کاهش می‌یابد.

این کاهش انرژی به این دلیل است که هنگام وارد کردن دی‌الکتریک، نیرویی بین صفحات خازن و دی‌الکتریک ایجاد می‌شود که باعث می‌شود دی‌الکتریک به داخل خازن کشیده شود. کار انجام شده توسط این نیرو برابر با کاهش انرژی خازن است.

یادآوری ایمنی: در انجام آزمایش‌های مربوط به خازن‌ها، اطمینان حاصل کنید که خازن‌ها قبل از دست زدن به آن‌ها کاملاً تخلیه شده باشند.